Czym jest epigenetyka, co o niej wiemy i jaki ma wpływ na nasze codzienne życie?

Jak epigenetyka wpływa na nasze zdrowie? Jak za pomocą stylu życia możemy hamować niekorzystne mutacje?

Powszechnie geny obwinia się za choroby, złe samopoczucie, temperament, charakter czy problemy z wagą. Takie postawienie sprawy nie daje nam żadnego pola manewru, pozwala tkwić w strefie komfortu i nie podejmować działań, od których zależy nasze zdrowie i samopoczucie. Badania naukowe pokazują jednak, że nasz styl życia, środowisko, w jakim żyjemy, a nawet ludzie, jakimi się otaczamy, bardzo silnie oddziałują na nasze geny. Przyjrzyjmy się bliżej, czym jest epigenetyka, bo o niej mowa.

Epigenetyka — czym jest?

Epigenetyka to dziedzina nauki zajmująca się zmianami w ekspresji genów, które nie wiążą się z modyfikacją sekwencji DNA. Nauka ta odnosi się do tego, jak czynniki takie, jak dieta, aktywność fizyczna i poziom stresu mogą zmienić nie tylko nasze zdrowie, ale także zdrowie naszych dzieci i wnuków.

W bazach medycznych pojawia się coraz więcej badań dotyczących epigenetyki. Mimo to nadal panuje przekonanie o braku realnych możliwości wpływania na nasze zdrowie, samopoczucie czy zachowanie. Pewne tendencje przekazywane z pokolenia na pokolenie w naszej rodzinie traktujemy jak swego rodzaju wyrok. Jeżeli nasza babcia, tata i siostra cierpią na nadciśnienie, to przyjmujemy, że i nas nieuchronnie to czeka. Przyjęcie takiego stanowiska sprawia, że nie widzimy sensu we wprowadzeniu zmian w szeroko pojętym stylu życiu, który ma ogromny wpływ na ekspresję genów, a tym samym determinuje stan naszego zdrowia i zdrowia naszych dzieci. Każdy z nas posiada unikalny zestaw genów, który otrzymaliśmy od naszych rodziców i który jest niezmienny. Analizując badania naukowe, nie mamy jednak już żadnych wątpliwości, że aktywność tych genów zmienia się pod wpływem różnych czynników, które nazywamy czynnikami epigenetycznymi.

Dziedzina nauki, jaką jest epigenetyka, to wschodzący obszar badań naukowych, który pokazuje, jak szeroko rozumiane środowisko, którym się otaczamy, może wpływać na ekspresję genów. Bruce Lipton autor książki pt. „Biologia przekonań” zjawisko to charakteryzuje następująco:

Epigenetyka nie zmienia kodu genetycznego – zmienia sposób, w jaki jest on odczytywany. Zupełnie prawidłowe geny mogą przyczynić się do rozwoju nowotworu lub śmierci. I na odwrót – we właściwym środowisku nie dojdzie do ekspresji zmutowanych genów. Geny są odpowiednikiem projektu technicznego, epigenom to jego wykonawca.”

Różnica pomiędzy epigenetyką a genetyką

Dzieci dziedziczą geny po swoich biologicznych rodzicach. Determinują one pewne cechy takie jak wzrost, kolor oczu czy temperament. Jednak, gdy doświadczenia dziecka wywołają zmianę znaczników epigenetycznych, które to rządzą ekspresją genów, mogą one wpłynąć na to, czy i w jaki sposób geny uwolnią zawarte w nich informacje. Epigenetyka i procesy, z którymi jest związana, dostarcza wyjaśnień, dlaczego genetycznie identyczne bliźnięta jednojajowe mogą różnić się znacząco pod względem zachowania, zdolności, stanu zdrowia czy osiągnięć naukowych. Na podstawie badań przeprowadzonych na bliźniętach jednojajowych możemy zatem wnioskować, że epigenom jest kształtowany pod wpływem różnych doświadczeń i okoliczności, które pozostawiają unikalny „podpis” epigenetyczny na genach. Chodzi zarówno o doświadczenia pozytywne tj. wspierające relacje lub negatywne tj. toksyny środowiskowe, lub stresujący styl życia. „Podpisy” epigenetyczne mogą być tymczasowe lub trwałe, a oba ich typy wpływają na to, jak łatwo geny są włączane lub wyciszane. Najnowsze badania pokazują, że istnieją sposoby na odwrócenie pewnych negatywnych zmian i przywrócenie zdrowego funkcjonowania. Podstawą każdej strategii mającej na celu cofnięcie szkodliwych procesów powinno być budowanie czułych relacji, opartych na wrażliwości i współpracy, a także redukcja stresu lub nauka radzenia sobie w sytuacjach stresowych.

Jakie czynniki wpływają na zmiany epigenetyczne?

Obecny stan wiedzy pozwala nam wysnuć wnioski, że na nasze życie największy wpływ mają predyspozycje będące wyznacznikami genomu oraz inne czynniki, które wpływają na ekspresję genów, czyli wspomniane wyżej czynniki epigenetyczne. Do czynników epigenetycznych należy wszystko, z czym mamy styczność podczas naszego życia. Do najbardziej istotnych należą przede wszystkim:

  1. dieta i nawyki żywieniowe,
  2. aktywność fizyczna,
  3. stosowane leki np. leki przeciwbólowe oraz częstotliwość ich przyjmowania,
  4. ekspozycja na chemikalia – tworzywa sztuczne, metale ciężkie, pestycydy,
  5. stan emocjonalny matki podczas ciąży, a także opieka matki i doświadczenia życiowe dziecka na wczesnym etapie dzieciństwa.

Epigenetyka a dieta

Podstawowym czynnikiem epigenetycznym jest dieta. Jest to też obszar, na który mamy duży wpływ i od naszych decyzji zależy, w jaki sposób się odżywiamy. Dział nauki, który bada wpływ pożywienia na działanie genów, nazywamy nutrigenomiką. Żywność jest sygnałem, który wpływa na zmianę aktywności wielu genów. Jedzenie to nie tylko energia, ale czynnik, który wpływa między innymi na nasze zachowanie, samopoczucie, metabolizm, aktywację genów długowieczności, zdolności organizmu do naprawy DNA, a także ochronę przed wieloma chorobami. Możliwa rola odżywiania w modyfikowaniu mechanizmów epigenetycznych została zbadana w wielu badaniach.

Ciekawym badaniem, które pokazuje wpływ diety na programowanie epigenetyczne, jest to przeprowadzone na myszach ”agouti”. Żółte myszy agouti to nosicielki wadliwego genu, który odpowiada za żółty kolor sierści, ale również za wiele problemów metabolicznych, które prowadzą do otyłości, insulinooporności oraz niosą ze sobą zwiększone ryzyko choroby nowotworowej. Naukowiec Randy Jirtle postanowił przeprowadzić eksperyment, który miał pokazać wpływ wysoko odżywczej diety na potomstwo myszek „agouti”. Grupa badawcza ciężarnych myszek jadła karmę wzbogaconą o witaminy z grupy B, cholinę, betainę, które znane są ze swojego wpływu na metylację. Metylacja to jeden ze sposobów regulacji epigenetycznej DNA, polegający na przyłączeniu się grupy metylowej do genu, co zazwyczaj powoduje jego „wyciszenie”. Grupa kontrolna ciężarnych myszy otrzymywała zwykłą karmę. Ku zaskoczeniu badacza, w grupie jedzącej wzbogaconą karmę, małe myszki urodziły się zdrowe i brązowe. Nie tyły i nie chorowały, jak myszki w grupie kontrolnej, mimo że tak, jak myszki z grupy kontrolnej, były nosicielami wadliwego genu. Został on wyłączony w procesie metylacji. To badanie pokazało, jak żywienie może wpływać na geny już na etapie zarodka i życia płodowego.

Epigenetyka a aktywność fizyczna

Kolejnym czynnikiem, którego znaczenie wzrosło w ostatnich latach, jest aktywność fizyczna. Nikogo nie trzeba przekonywać, że wysiłek fizyczny nawet o umiarkowanym natężeniu ma dobroczynny wpływ na nasze samopoczucie, wydolność i odporność. Zespół badaczy z Uniwersytetu Kopenhaskiego i Novo Nordisk Foundation Center for Basic Metabolic postanowił jednak sprawdzić, jak trening wytrzymałościowy wpływa na mięśnie szkieletowe na poziomie genetycznym. Do badania zaproszono zdrowych młodych mężczyzn rasy kaukaskiej. Uczestnicy zostali poddani sześciotygodniowemu programowi ćwiczeń wytrzymałościowych. Naukowcy wykonywali biopsję ich mięśni ud, które były przeprowadzone tuż przed i tuż po wysiłku fizycznym. Celem badania było zaobserwowanie, czy po treningu wystąpiły zmiany w tzw. sygnaturze epigenetycznej ich DNA. Jak się okazało, pod wpływem ćwiczeń fizycznych część genów zaczyna inaczej metabolizować tkankę tłuszczową. Postawione wnioski mówią jasno, że nawet niewielka ilość aktywności może sprawiać, że wzrasta aktywność genów wspomagających rozkład tłuszczów.

Epigenetyka a leki

Coraz większa liczba leków dostępna jest bez recepty. Wszelkiego rodzaju leki przeciwbólowe możemy kupić nawet w małym sklepie i na stacji paliw. To, że są na wyciągnięcie ręki, nie oznacza, że są całkowicie bezpieczne dla naszego zdrowia. Wpływają one na wiele procesów w naszym organizmie, a jednym z nich jest nadmierne zużywanie glutationu. Dochodzi do tego na przykład podczas procesu odtruwania organizmu, który jest konieczny w przypadku przyjmowania leków tj. paracetamol, antybiotyki, leki przeciwwirusowe czy przeciwgrzybicze. Glutation stanowi jeden z najważniejszych endogennych antyoksydantów w naszym ustroju i jest niezbędnym elementem prawidłowo przebiegającej detoksykacji. Ponadto posiada on zdolność do recyklingu witaminy C i E, które zostały zużyte i stały się szkodliwymi rodnikami.

Mechanizmy epigenetyczne a glutation

Metabolizm glutationu wpływa na kontrolę mechanizmów epigenetycznych na kilku poziomach, w tym na dostępność substratu, aktywność enzymatyczną do metylacji DNA, a także ekspresję mikroRNA. Badanie opublikowane w Scientific Reports wykazało, że niedobór glutationu może indukować zmiany epigenetyczne w genach regulujących metabolizm witaminy D w wątrobie. Istnieją też dowody na to, że metabolizm glutationu odgrywa rolę w epigenetycznej regulacji reakcji utleniania-redukcji.

Epigenetyka a chemikalia

Omawiając czynnik epigenetyczny, jakim jest ekspozycja na chemikalia, bez wątpienia warto powołać się na dane przedstawione w książce dr Klaus’a-Dietricha Runow pt. „Rak jest chorobą środowiskową. Jak oczyszczanie organizmu z toksyn i terapia substancjami odżywczymi wzmacniają układ odpornościowy”. Chemikalia obecne w środowisku mogą znacznie osłabiać reakcje immunologiczne. Okazuje się, że już w mleku matki można wykryć około 300 różnych chemikaliów pochodzenia środowiskowego. Stężenia samych dioksyn zazwyczaj przekraczają dozwolone limity. Dioksyny to silnie trujące związki chemiczne, których obecność może skutkować niepłodnością oraz mutacjami genetycznymi, które wpływają na pojawienie się i rozwój nowotworów. We krwi pępowinowej stwierdza się coraz częściej obecność perfum, chemii gospodarczej, substancji pochodzących z fast foodów, pestycydów. Wykrywa się również obecność antypirenów, czyli środków zmniejszających palność, które są wszechobecne w produktach z tworzyw sztucznych, w tym w zabawkach i wyjątkowo szkodliwe dla zdrowia.

Metale ciężkie uszkadzają układ nerwowy i odpornościowy, a także blokują w naszych komórkach działanie witamin. Przykładem jest rtęć, arsen, i ołów, które prowadzą do zablokowania działania witaminy B12 w komórkach nerwowych, co może prowadzić do zaburzeń metylacji i dalszych jej następstw.

Niedojrzałe mózgi dzieci są szczególnie wrażliwe na zmiany epigenetyczne, dlatego tak ważne jest wspieranie ich rozwoju od samego początku. Doświadczenia z wczesnego dzieciństwa, czyli okresu najintensywniejszego rozwoju mózgu, powodują epigenetyczną adaptację, od której zależy, kiedy i jak geny uwolnią swoją instrukcję determinującą przyszły stan zdrowia, zdolności i odporność. Instrukcja ta, w zależności od bodźców otrzymywanych przez młody organizm, może przynieść pozytywne lub negatywne skutki.

Czy geny są czynnikiem warunkującym stan zdrowia?

Jak wynika z powyższego, geny odziedziczone po rodzicach nie decydują w 100% o przyszłym rozwoju dziecka. Różnice w sekwencjach DNA między osobnikami z pewnością wpływają na sposób ekspresji genów i sposób funkcjonowania białek kodowanych przez te geny. Jednak to środowisko, w którym się rozwijamy, przed i wkrótce po urodzeniu, dostarcza silnych bodźców, które wpływają na chemiczną modyfikację pewnych genów, które następnie definiują, jak bardzo i kiedy są wyrażane.

Naukowcy zidentyfikowali około 6 tysięcy chorób wywołanych mutacjami w obrębie genów, m.in. zespół Downa, mukowiscydozę, pląsawicę Huntingtona, hemofilię, dystrofię mięśniową czy anemię sierpowatą. Jednak udział czynników genetycznych w chorobach takich jak cukrzyca, otyłość czy choroby serca, jest tylko częścią układanki, na którą składa się również dieta, styl życia i środowisko naturalne człowieka. W wielu sytuacjach wady genetyczne mają niewielkie znaczenie lub współdziałają równolegle z innymi czynnikami, przyczyniającymi się do manifestacji chorób.

Niedożywienie, narażenie na chemiczne toksyny lub leki oraz silny stres w okresie prenatalnym, lub we wczesnym dzieciństwie, nie są „zapomniane”, ale raczej są wbudowane w architekturę rozwijającego się mózgu poprzez epigenom. „Wspomnienia biologiczne” związane z tymi zmianami epigenetycznymi mogą wpływać na funkcjonowanie wielu narządów i zwiększać ryzyko, nie tylko słabszych wyników w zakresie zdrowia fizycznego i psychicznego, ale także upośledzać zdolności uczenia się w przyszłości. Pewne jest już, że niekorzystne doświadczenia płodowe i wczesne dzieciństwo mogą prowadzić do fizycznych i chemicznych zmian w mózgu, których konsekwencje dziecko może ponosić przez całe życie. Prawidłowe odżywianie matki i płodu, w połączeniu z pozytywnym wsparciem społeczno-emocjonalnym dzieci przez ich środowisko rodzinne i społeczne, zmniejszy prawdopodobieństwo negatywnych modyfikacji epigenetycznych, które zwiększają ryzyko późniejszych zaburzeń zdrowia fizycznego i psychicznego. Badania naukowe sugerują, że od tego, w jaki sposób matka sprawuje opiekę nad niemowlęciem, może zależeć rozwój obszarów mózgu i struktur ważnych w regulacji nastroju i zachowania.

Epigenetyka a stres

Doskonałym przykładem jest badanie, które miało na celu analizę skutków osamotnienia dziecka. Przywiązanie dziecka do opiekuna można uznać za system biologiczny, powiązany z systemem strachu i stresu, który wyewoluował specjalnie w celu wzmocnienia relacji niemowlęcia i rodzica. To instynktowne zachowanie ma zapewnić niemowlęciu większe szanse na przeżycie. System przywiązania jest aktywowany szczególnie w okresach stresu, a dostępność osoby przywiązania, którą zazwyczaj jest matka, ma ogromny wpływ na zmniejszenie lęku dziecka. Częste lub długotrwałe okresy osamotnienia mogą prowadzić do tego, że stres stanie się częścią osobowości niemowlęcia, a później dorosłego człowieka. Możliwe krótkoterminowe skutki to gniew, rozpacz, brak przywiązania i tymczasowe opóźnienie w rozwoju intelektualnym, podczas gdy długoterminowe skutki mogą obejmować zaburzenia psychosomatyczne i zwiększone ryzyko depresji lub lęku.

Czynników wpływających na ekspresję genów jest znacznie więcej. W tym artykule omówiono jedne z najważniejszych. Niewątpliwie jednak wyraźnie widać, że to, w jaki sposób nasze geny zaczną się manifestować w postaci dobrego samopoczucia, zdrowia i sprawności fizycznej lub przeciwnie w postaci choroby, depresji czy słabej kondycji, w dużej mierze zależy od nas samych. Na wiele okoliczności nie mamy wpływu, nie zawsze możemy wybrać to, co jest dla naszego zdrowia korzystne, starajmy się jednak niwelować to, co zniwelować można.

  1. Kukliński Bodo, Mitochondria. Diagnostyka uszkodzeń mitochondrialnych i skuteczne metody terapii, Mito_pharma, 2017
  2. Runow Klaus-Dietrich, Rak jest chorobą środowiskową. Jak oczyszczanie organizmu z toksyn i terapia substancjami odżywczymi wzmacniają układ odpornościowy, Mito-Pharma, 2022
  3. Posłuszna Justyna, Integralne podejście do chorób nowotworowych. Poznaj raka. Zrozum raka. Zwalcz raka., Dobropolski, 2021.
  4. Lipton Bruce, Biologia przekonań, 2005.
  5. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3752894/
  6. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2822875/
  7. https://developingchild.harvard.edu/resources/what-is-epigenetics-and-how-does-it-relate-to-child-development/ (dostęp dn. 23.04.2022r.)
  8. https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpsyt.2011.00016/full
  9. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0021755721001431
  10. https://kidshealth.org/en/parents/about-epigenetics.html
  11. https://www.nature.com/articles/s41598-019-51377-5
  12. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2212877821001356?via%3Dihub

Autor: Katarzyna Werner-Górska